光纤通信技术发展综述
发布时间：2021-07-29 19:11
光纤通信作为二战以来最有意义的四大发明之一,奠定了网络信息传输的基石,承载了全球90%以上数据流量,但预计其未来20年将遭遇"传输容量危机".本文围绕超高速率、超大容量、超长距离、超宽灵活、超强智能（ultra-high speed, ultra-large capacity, ultra-long distance, ultra-wideband flexibility, and ultra-powerful intelligence, 5U）这5个光纤通信的发展维度开展研究,在回顾了其50多年发展历程的基础上,对近10年来所取得的一系列最新进展进行了全面综述,并就未来10年甚至20年的演进趋势做出展望.
【文章来源】：中国科学:信息科学. 2020,50(09)北大核心CSCD
【文章页数】：16 页
【部分图文】：
(网络版彩图)单载波接口速率和WDM容量方面的产品及实验记录[4]
第4个是空分复用系统(202x～未来):2012年后,单模单纤WDM光传输系统容量提升对于现有技术来讲比较受限,传统技术路径都遭遇性能瓶颈,引入空间这一还没有被利用的维度参数被认为是当前和今后一段时间内超大容量光传输的主要发展方向之一.模式复用和多芯复用等空分复用技术的相继出现,使得光纤通信系统容量达到Pbit量级或更高.未来,空分复用还可将系统传输容量提升多个数量级(也存在一些缺点,例如空分复用无法有效降低数据流量的比特成本、无法与现有技术和存量网络后向兼容及平滑演进、缺乏技术成熟度和生产制备可靠性、标准化滞后等,也有一些专家认为这不是光纤通信的主流方向),再次给光纤通信带来容量大幅提升的机遇.3 发展现状
近10年来,互联网流量增速已大大超越光传输的容量增速,提高光纤的信道速率、系统容量和传输距离的需求日益迫切.早期光纤通信曾经聚焦于相干光接收,但光源性能、光锁相环难以实现等制约了其应用.在1993年,业界提出了基于DSP的相干光接收技术,但当时的CMOS水平并不能体现出相干光接收相对于直接探测的优势.经过多年的发展,CMOS技术水平得到了极大提高,可以支撑高速光纤通信的演进需求.在2.5 Gb/s,10 Gb/s,40 Gb/s直调直检系统中,色散等光纤信道的损伤是演进中主要考虑的因素,谱效率则无需关注.但在40 Gb/s向100 Gb/s演进的过程中,信道损伤和谱效率都是必须考虑的重要因素.100 Gb/s开启了光纤通信的数字相干系统时代,相干光接收的PDM-QPSK成为其解决方案.相干光接收不仅是实现高阶调制和偏振复用的基本要求,而且能够在电数字域对光纤传输中的信道损伤进行补偿.在100 Gb/s向400 Gb/s,1 Tb/s演进的过程中,超100 Gb/s技术必然还是以相干光接收为基础,信道损伤不再是焦点,主要的注意力集中到如何提升系统谱效率.基于系统容量(C)取决于并行空间路径数量(M)、系统带宽(B)和谱效率(SE)之积(C=M×B×SE)可知,在光通信带宽资源有限的情况下,实现超高速率超大容量超长距离光传输系统的实质就是不断提升空间并行度和系统谱效率,其技术路径主要聚焦于3种实现方式.
【参考文献】：
期刊论文
[1]6G移动通信关键技术趋势初探（特邀）[J]. 陈亮,余少华. 光通信研究. 2019(05)
[2]6G移动通信发展趋势初探（特邀）[J]. 陈亮,余少华. 光通信研究. 2019(04)
[3]未来网络的一种新范式:网络智能体和城市智能体（特邀）[J]. 余少华. 光通信研究. 2018(06)
[4]网络通信七个技术墙及后续趋势初探[J]. 余少华. 光通信研究. 2018(05)
[5]560 Tbit/s相干光双偏振DFT-s OFDM 32QAM信号10 km单模7芯光纤传输实验[J]. 罗鸣,邱英,李响,莫琦,贺志学,刘武,杨奇,余少华. 光通信研究. 2017(02)
[6]Recent progress in an ‘ultra-high speed, ultra-large capacity, ultra-long distance’ optical transmission system（Invited Paper）[J]. 余少华,罗鸣,李响,胡荣,邱英,黎偲,刘武,贺志学,曾涛,杨奇. Chinese Optics Letters. 2016(12)
[7]63-Tb/s（368×183.3-Gb/s） C- and L-band all-Raman transmission over 160-km SSMF using PDM-OFDM-16QAM modulation[J]. 李超,罗鸣,肖潇,李婕,贺志学,杨奇,杨铸,余少华. Chinese Optics Letters. 2014(04)
[8]30.7 Tbit/s相干光PDM 16QAM OFDM 80 km SSMF传输[J]. 贺志学,罗鸣,李超,杨奇,杨铸,余少华. 光通信研究. 2012(06)
本文编号：3309891
【文章来源】：中国科学:信息科学. 2020,50(09)北大核心CSCD
【文章页数】：16 页
【部分图文】：
(网络版彩图)单载波接口速率和WDM容量方面的产品及实验记录[4]
第4个是空分复用系统(202x～未来):2012年后,单模单纤WDM光传输系统容量提升对于现有技术来讲比较受限,传统技术路径都遭遇性能瓶颈,引入空间这一还没有被利用的维度参数被认为是当前和今后一段时间内超大容量光传输的主要发展方向之一.模式复用和多芯复用等空分复用技术的相继出现,使得光纤通信系统容量达到Pbit量级或更高.未来,空分复用还可将系统传输容量提升多个数量级(也存在一些缺点,例如空分复用无法有效降低数据流量的比特成本、无法与现有技术和存量网络后向兼容及平滑演进、缺乏技术成熟度和生产制备可靠性、标准化滞后等,也有一些专家认为这不是光纤通信的主流方向),再次给光纤通信带来容量大幅提升的机遇.3 发展现状
近10年来,互联网流量增速已大大超越光传输的容量增速,提高光纤的信道速率、系统容量和传输距离的需求日益迫切.早期光纤通信曾经聚焦于相干光接收,但光源性能、光锁相环难以实现等制约了其应用.在1993年,业界提出了基于DSP的相干光接收技术,但当时的CMOS水平并不能体现出相干光接收相对于直接探测的优势.经过多年的发展,CMOS技术水平得到了极大提高,可以支撑高速光纤通信的演进需求.在2.5 Gb/s,10 Gb/s,40 Gb/s直调直检系统中,色散等光纤信道的损伤是演进中主要考虑的因素,谱效率则无需关注.但在40 Gb/s向100 Gb/s演进的过程中,信道损伤和谱效率都是必须考虑的重要因素.100 Gb/s开启了光纤通信的数字相干系统时代,相干光接收的PDM-QPSK成为其解决方案.相干光接收不仅是实现高阶调制和偏振复用的基本要求,而且能够在电数字域对光纤传输中的信道损伤进行补偿.在100 Gb/s向400 Gb/s,1 Tb/s演进的过程中,超100 Gb/s技术必然还是以相干光接收为基础,信道损伤不再是焦点,主要的注意力集中到如何提升系统谱效率.基于系统容量(C)取决于并行空间路径数量(M)、系统带宽(B)和谱效率(SE)之积(C=M×B×SE)可知,在光通信带宽资源有限的情况下,实现超高速率超大容量超长距离光传输系统的实质就是不断提升空间并行度和系统谱效率,其技术路径主要聚焦于3种实现方式.
【参考文献】：
期刊论文
[1]6G移动通信关键技术趋势初探（特邀）[J]. 陈亮,余少华. 光通信研究. 2019(05)
[2]6G移动通信发展趋势初探（特邀）[J]. 陈亮,余少华. 光通信研究. 2019(04)
[3]未来网络的一种新范式:网络智能体和城市智能体（特邀）[J]. 余少华. 光通信研究. 2018(06)
[4]网络通信七个技术墙及后续趋势初探[J]. 余少华. 光通信研究. 2018(05)
[5]560 Tbit/s相干光双偏振DFT-s OFDM 32QAM信号10 km单模7芯光纤传输实验[J]. 罗鸣,邱英,李响,莫琦,贺志学,刘武,杨奇,余少华. 光通信研究. 2017(02)
[6]Recent progress in an ‘ultra-high speed, ultra-large capacity, ultra-long distance’ optical transmission system（Invited Paper）[J]. 余少华,罗鸣,李响,胡荣,邱英,黎偲,刘武,贺志学,曾涛,杨奇. Chinese Optics Letters. 2016(12)
[7]63-Tb/s（368×183.3-Gb/s） C- and L-band all-Raman transmission over 160-km SSMF using PDM-OFDM-16QAM modulation[J]. 李超,罗鸣,肖潇,李婕,贺志学,杨奇,杨铸,余少华. Chinese Optics Letters. 2014(04)
[8]30.7 Tbit/s相干光PDM 16QAM OFDM 80 km SSMF传输[J]. 贺志学,罗鸣,李超,杨奇,杨铸,余少华. 光通信研究. 2012(06)
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